活性炭活化机理与再生

活性炭活化机理与再生***（***）摘要：介绍了几种主要的活性炭再生方法：光催化再生、热再生法、湿式氧化再生法、溶剂再生法、电化学再生法、超临界流体再生法、微波辐照再生法。指出了各种性炭再生法的特点；评述了各种再生法的优点和缺点。关键字：活性炭；活化机理；再生中图分类号：TQ12活性炭因其比表面积大，空隙多，无毒无污染被定义为优良吸附剂。它是利用植物原料(木屑、木炭、果壳、果核)、煤和其它含碳工业废料作原料，通过物理和化学方法对原料进行破碎、过筛、催化剂活化、漂洗、烘干和筛选等一系列工序加工制造而成。国内活性炭在失活后往往被废弃，对环境产生二次污染并浪费了资源，故本文对目前主要几种活性炭再生方法进行分析，评述每种方法的优点和缺点。1.光催化再生法1.1光催化再生的机理活性炭的光催化再生由三个准一级反应组成，再生初期,再生反应速度由光催化降解吸附质的速率决定。反应的第二个阶段由光催化反应速度和吸附质的解吸速度共同决定，再生后期,再生反应速度由吸附质在活性炭上的解吸速率所决定，活性炭表面及其大孔内负载的是使苯酚降解转化分解为无机物的降解中心，正是由于降解中心的存在及其表面苯酚浓度趋于零的状态,使得已吸附于活性炭孔内的苯酚不断向这个中心扩散,形成活性炭孔内苯酚的浓度差在浓度差的作用下,扩散作用持续进行,导致活性炭内吸附位的逐步空出,从而实现活性炭的光催化再生。1.1.1光催化再生的优缺点该技术所需原料成本低,设备简单。炭的损失低，无二次污染等优点，开发此新型活性炭再生技术具有重要意义。其再生后吸附能力与光催化降解质的浓度有很大的关系。12h后由于吸附质解吸速度有限，再生速度将减缓。2.热再生法2.1热再生法机理活性炭高温热再生方法是通过加热对活性炭进行热处理，使活性炭吸附的有机物在高温下炭化分解，最终成为气体逸出，从而使活性炭得到再生。高温热再生在除去炭吸附的有机物的同时，还可以除去沉积在炭表面的无机盐，而且使炭的新微孔生成，使炭的活性得到根本的恢复。2.1.1热再生法优缺点热再生法是目前工艺最成熟，工业应用最多的活性炭再生方法。加热再生法再生效率高，再生时间短，应用范围广，但热再生过程中炭损失较大，一般在5％～1O％，再生炭机械强度下降。另外在热再生过程中，须外加能源加热，投资及运行费用较高。任何活性炭高温加热再生装置都需要解决如何防止炭粒相互粘结，烧结成块并造成局部起火或堵塞通道，甚至导致运行瘫痪的现象。3.湿式氧化再生法3.1湿式氧化再生法机理湿式氧化再生法是指在高温高压的条件下，用氧气或空气作为氧化剂，将处于液相状态下活性炭上吸附的有机物氧化分解成小分子的一种处理方法。3.1.1湿式氧化再生法优缺点该技术具有投资少、能耗低、工艺操作简单。再生相对效率高、活性炭损失率低，过程无二次污染。对吸附性能影响小等特点。但该技术通常用于再生粉末活性炭，适宜处理毒性高，生物难降解的吸附质。温度和压力须根据吸附质的特性而定，因为这直接影响炭的吸附性能恢复率和炭的损耗。这种方法的再生系统附属设施多，操作较麻烦。4.催化湿式氧化法4.1催化湿式氧化法机理湿式氧化法再生活性炭的过程是：吸附在活性炭表面上的有机污染物在水热环境中脱附，然后从活性炭内部向外部扩散，进入溶液；而氧从气相传输进入液相，通过产生羟基自由基(-OH)氧化脱附出来的有机物。4.1.1催化湿式氧化法优缺点催化湿式氧化法具有快速、能耗低、二次污染小等特点。但是，Ding在研究粉末活性炭湿式氧化再生时发现，随着时间的延长，活性炭表面的氧化程度加强，使得活性炭中的孔系被氧化物堵塞，从而表现出再生效率下降的趋势。5.溶剂再生法5.1溶剂再生法机理溶剂再生法是利用活性炭、溶剂与被吸附质三者之间的相平衡关系，通过改变温度、溶剂pH值等条件，打破吸附平衡，将吸附质从活性炭上脱附下来。5.1.1溶剂再生法优缺点溶剂再生法一般比较适用于那些可逆吸附，如对高浓度、低沸点有机废水的吸附。它的针对性较强，往往一种溶剂只能脱附某些污染物，而水处理过程中的污染物种类繁多，变化不定，因此，一种特定溶剂的应用范围较窄。采用药剂脱洗的化学再生法，有时可从再生液中回收有用的物质，再生操作可在吸附塔内进行，活性炭损失较小，但是再生不太彻底，微孔易堵塞，影响吸附性能的恢复率，多次再生后吸附性能明显降低。6.电化学再生法6.1电化学再生法机理电化学再生法是一种正在研究的新型活性炭再生技术。该方法将活性炭填充在2个主电极之间，在电解液中，加以直流电场，活性炭在电场作用下极化，一端成阳性，另一端呈阴性，形成微电解槽，在活性炭的阴极部位和阳极部位可分别发生还原反应和氧化反应，吸附在活性炭上的有机物大部分因此而分解，小部分因电泳力的作用发生脱附。6.1.1电化学再生法优缺点该方法操作方便且效率高、能耗低，其处理对象所受局限性较少。若处理工艺完善，可以避免二次污染。7.超临界流体再生法7.1超临界流体再生法机理许多物质在常压常温下对某些物质的溶解能力极小，而在亚临界状态或超临界状态下却具有异常大的溶解能力。在超临界状态下，稍改变压力，溶解度会产生数量级的变化。利用这种性质，可以把超临界流体作为萃取剂，通过调节操作压力来实现溶质的分离，即超临界流体萃取技术。超临界流体(SCF)的特殊性质和其技术原理确定了它用于再生活性炭的可能性。7.1.1超临界流体再生法优缺点通过理论分析和实验结果，证明SCF再生方法具有以下优点：(1)温度低，SCF吸附操作不改变污染物的化学性质和活性炭的原有结构，在吸附性能方面可以保持与新鲜活性炭一样；(2)在SCF再生中，活性炭无任何损耗；(3)SCF再生可以方便地收集污染物，利于重新利用或集中焚烧，切断了二次污染；(4)SCF再生可以将干燥、脱除有机物连续操作化，做到一步完成。8.微波辐照再生法8.1微波辐照再生法机理当微波遇到不同材料时，会产生反射、吸收和穿透现象，这取决于材料的介电常数、介质损耗系数、比热、形状和含水量等特性。大多数导体能反射微波，所以在微波系统中，导体用来传播和反射微波能量；而绝缘体则可以将微波部分反射或被穿透；所以其吸收微波的功率小：介质的性能介于金属和绝缘体之间，具有吸收、穿透和反射微波的性能，故在微波加热系统中，被处理的物料通常是吸收微波能量的介质即有耗介质，或极性介质。8.1.1微波辐照再生法优缺点微波辐照再生活性炭具有再生时间短、耗能低、设备构造简单、再生效率高及活性炭吸附容量恢复率高等优点，是一种经济可行的再生新技术。但由于微波的加热过程是封闭的，蒸发的物质不能及时排除，对实验的再生效果会有一定的影响。9.结语活性炭在处理污水、废气等具有无可替代的优良性能，长久以来在国内外得到了迅速的发展，而活性炭的再生技术处于起步阶段，应加大力度进行科学研究，找出最为经济、环保、节能的再生技术。参考文献：［1］刘守新，程广胜，活性炭的光催化再生机理［J］.东北林业大学，2005.［2］张颖，李光明，活性炭再生技术的发展[J]．化学世界，2001，(8)：441—443．［3］翁元声，活性炭再生及新技术研究[J]．给水排水2004。30(1)：86—91．［4］熊飞，陈玲，etal.湿式氧化技术及其应用比较[J]．环境污染治理技术与设备，2003，4(5)：68—69．［5］】张志霄，池涌，严建华．利用废轮胎热解炭制取活性炭的试验研究[J]．浙江大学学报，2004．38(6)：775—779．［6］】孙康，蒋剑春，张天健．水蒸气法制备橡胶籽壳活性炭的研究叨．林产化学与工业，2006，26(2)：4l一43．［7］宁平，田森林．微波辐照再生载甲苯活性炭[J].化学工业与工程，2001，18(2)：109—1l4．［8］张会平，傅志鸿．活性炭的电化学再生机理[J]．厦门大学学报(自然科学版)，2000，39(1)：79-83.［9］臧志清，周端美．超临界态二氧化碳再生活性炭法治理甲苯废气[J]．环境科学研究，1998，11(5)：61—64．［10］孙作达，孙丽欣．高频电磁波(微波)再生活性炭方法研究[J]．哈尔滨工业大学学报(自然科学版)，2002，18(5)：541—543.